肿瘤放射物理学

,南通大学附属医院放射治疗科 汤乐民,肿瘤放射物理学,放射肿瘤学Radiation Oncology,研究和应用高能放射线治疗肿瘤的原理和方法的临床治疗学科肿瘤放射物理学/Radiation Physics/肿瘤放射生物学/Radiation Biology/放射治疗技术学/Radiation Technology/临床肿瘤学/Clinical Oncology/,肿瘤放射物理学,放射治疗物理基础 放射治疗的剂量单位 放射治疗机,放射治疗物理基础,放射治疗与手术及化学治疗一起组成肿瘤的三大治疗手段要提高肿瘤放射治疗效果，必须提高放射治疗的增益比最大限度地将射线集中到肿瘤靶区内，杀死肿瘤细胞；使周围正常组织和器官少受或免受不必要的照射,X线与伽马线与物质的相互作用,电离概念 中性原子获得正电荷或负电荷的过程直接电离辐射线 电子、质子和 等带电粒子间接电离辐射线中子和光子光子与物质的原子相互作用主要通过三种过程产生高速电子光电效应、电子对效应和康普顿散射,光电效应X射线全部能量转移给原子中束缚电子使其从原子中发射出去，光子本身消失康普顿散射入射光子与物质原子较外层电子作用时，光子把部分能量传给电子，使其脱离原子成为反冲电子，而光子自身的能量减少，改变运动方向电子对效应当入射光子的能量1.022MeV时，光子在原子核场的作用下可能转化为正负电子对,布拉格峰,电离对靶分子的间接作用与直接作用,直接作用 在电离被生物物质吸收时，直接和细胞关键靶DNA作用，靶的原子被电离或激发，从而启动一系列反应导致生物改变间接作用 射线在细胞内可和另一原子或分子相互作用产生自由基，可扩散一定距离，达到一个关键的靶并造成损伤,靶分子的损伤与修复,靶分子,电离,单链断裂,诱发自由基 击出电子,双链断裂,氧,固定电子转移,潜在致死性损伤,乏氧,时相,双链修复,致死性损伤,亚致死性损伤,单链复制,错误复制,致畸致癌,时相,组织,间期死亡,增殖期死亡,急性反应,慢性反应,放射治疗的剂量单位,照射量吸收剂量剂量当量,照射量,X（ ）射线的照射量的定义 公式中dQ是当射线在质量为dm的干燥空气中形成的任何一种符号（正或负）离子的总电量单位为库仑/千克，曾用单位伦琴1伦琴2.58104库仑/千克,吸收剂量,电离辐射给予质量为dm的介质的平均授予的能量dE，定义为吸收剂量，记为D单位为焦耳/千克,专用名词为戈瑞（Gy）曾用单位为拉德（rad）1Gy100rad,剂量当量,生物体内单位质量的组织，从各种射线中吸收同样多能量，所产生的生物效应有着非常大的区别引入一个称为品质因素QF,以比较不同辐射在引起生物效应方面存在的差异剂量当量的定义D为吸收剂量；剂量当量的单位是希沃特（ Sv）,放射治疗设备,按产生方式分人工加速治疗装置放射性核素治疗装置按照射方式分体外远距离用的外照射治疗机在人体腔内或肿瘤组织间近距离照射用的内照射治疗机精确放射治疗装置，又被称为第三大类,放射治疗机,钴-60治疗机直线加速器近距离治疗机三维适形放射治疗/调强放射治疗设备,钴-60治疗机,钴-60治疗机（60Co Teletherapy System）是利用放射性同位素60Co衰变过程中放射出的射线对恶性肿瘤进行放射治疗的设备，用来治疗深部肿瘤钴-60的半衰期约为5.24年-衰变伴生两条能量分别为1.17和1.33MeV的射线，平均能量为1.25 MeV,钴-60治疗机基本结构,钴-60治疗机由控制电路系统、钴源及源输送机构、准直器、光学部分、治疗床、臂架和底座等部分构成,控制电路,钴源及输送机构,准直器,光学系统,治疗床,臂架,钴-60治疗机,钴-60治疗机的钴源因衰变其放射性强度会逐渐降低，所以需要定期更换钴-60治疗机比医用电子直线加速器等设备结构较简单、价格低、维修费用低，所以是一种普遍使用的放疗设备,直线加速器,利用微波电磁 场 加速电子， 并使其具有直线 轨 道，直接输 出电子或经转换 为X射线，供放 射治疗用 按其能量范 围，医用电子 直线加速器分 为低、中、高三 类,医用电子直线加速器能量范围,直线加速器系统,AC 线性电源,控 制系 统,支持结构,电子枪,加速器波导,偏转系统,剂量系统,调制器,RF功率源,微波脉冲,高压脉冲,高压脉冲,用于治疗的电子束或X线束,准直器,屏蔽,加速器基本技术,微波功率源 Microwave Power sources加速结构 Acceleration structures射束传输系统 Beam transport systems 支持结构 Support structures,电子束偏转 - 90o,Magnet Pole,Energy Spread,Position Change,Angular Change,辐射系统 辐射系统的作用是使从加速系统产生的辐射符合放射治疗的特殊要求,X射线辐射系统 电子射线辐射系统A-限光筒 C-准直器 F-散射箔 I-电离室 J-光阑 M-反射镜 P-均整块 T-靶 W-楔形过滤器辐射系统结构示意图,靶 加速电子打靶后产生X射线 均整块 使辐射野内的X射线剂量分布均匀散射箔 使从加速系统来的集束的电子射线在一定辐射野内均匀散开 准直器 初步限制辐射的范围 上下光阑 调节辐射野的形状、面积 限光筒 限定电子射线辐射野的范围以及改善电子射线的均整度 楔形过滤器 在X射线辐射野内产生非对称的楔形剂量分布,后装治疗机,近距离照射（Brachytherapy）是指将放射源连同施用器置放于人体天然腔管内或将细针管植入瘤体内再导入放射源的放疗技术治疗范围主要包括鼻咽癌、食道癌、乳腺癌、直肠癌、支气管肺癌、胆管癌、胰腺癌、前列腺,后装治疗机常用的放射源,最适合于近距离放疗的线发射体的选择原则在组织中必须有足够的穿透能力辐射防护处理难度不应太大半衰期不应过长要能加工成微型源铱-192是目前较理想的放射源,铱-192,铱-192以74.2天的半衰期放射线而蜕变铱-192所发射的线的平均能量为380KeV可以制成微型源，其使用形式分别是籽粒/Seeds、发针/Hairpin、铱丝/Wire以及将籽粒等间距封存在塑料管内串源/Ribbon,三维适形放射治疗装置,三维影像手段（CT模拟机） 三维治疗计划系统（3D TPS) 直线加速器多叶光栅（MLC),模拟机,定位根据平面X光片上的骨性标记、术后银夹和造影剂来完成,图像上所有信息叠加在一个2D平面上，很难精确定义靶区和关键器官,传统的模拟过程,CT 模拟机,配有激光定位系统及定位 软件的专用CT扫描仪 直接由CT定义靶区和等 中心位置 无需常规X线模拟定位机,CT取代X光机作模拟的优点,CT机产生的是断层图像在TPS上通过几何重建方法，将一系列CT断层图像重建成数字X光平片（数字重建透视图DRR/DCR新产生的DRR上叠加医生在CT断层上勾画的靶区轮廓和关键器官，从而使得DRR包含了大量的三维信息,治疗计划系统 TPS,能量选择照射技术选择等中心照射、共面照射、非共面照射对称野、非对称野三维剂量计算计划优化等剂量曲线、剂量体积直方图,多叶光阑 MLC,靶区和危及器官的定义,Gross tumor volume (GTV)Clini